I programmi lunari e marziani della Russia hanno bisogno di veicoli di consegna super pesanti
Al giorno d'oggi, la penetrazione nello spazio profondo, dichiarata nei programmi spaziali avanzati russi e americani, tuttavia, come le attività nello spazio vicino alla terra, è indissolubilmente legata alla creazione di sistemi di trasporto affidabili, economici e multifunzionali. Inoltre, devono essere adatti a risolvere una gamma molto ampia di compiti civili e militari. Apparentemente, la Russia dovrebbe prestare attenzione alla creazione di trasporti pesanti spaziali riutilizzabili.
Oggi, il pensiero spaziale russo si è finalmente riorientato verso le spedizioni a lunga distanza. Stiamo parlando di un'esplorazione graduale della luna, un programma che non viene restituito da 40 anni. In un lontano futuro - voli con equipaggio su Marte. In questo caso, non discuteremo dei suddetti programmi, ma notiamo che non possiamo fare a meno di veicoli di lancio pesanti in grado di lanciare centinaia di tonnellate di carico utile in orbita bassa.
Angara e Yenisei
Anche l'aspetto militare non va da nessuna parte. L'elemento base del sistema di difesa missilistico spaziale americano, che è già diventato praticamente una realtà, sarà un sistema di trasporto in grado di portare nell'orbita terrestre numerose piattaforme di combattimento, satelliti di osservazione e controllo. Dovrebbe anche prevedere la prevenzione e la riparazione di questi veicoli direttamente nello spazio.
In generale, è stato progettato un sistema di potenziale energetico colossale. Dopotutto, solo una piattaforma di combattimento con un laser a fluoruro di idrogeno da 60 megawatt ha un peso stimato di 800 tonnellate. Ma l'efficacia delle armi a energia diretta può essere elevata solo se più piattaforme di questo tipo vengono schierate in orbita. È chiaro che il fatturato totale delle merci della prossima serie di "guerre stellari" ammonterà a decine di migliaia di tonnellate, che devono essere sistematicamente consegnate nello spazio vicino alla Terra. Ma non è tutto.
Oggi, i complessi di ricognizione spaziale svolgono un ruolo chiave nell'uso di armi ad alta precisione sulla Terra. Ciò costringe sia gli Stati Uniti che la Russia ad aumentare e migliorare costantemente i loro raggruppamenti orbitali. Inoltre, la natura high-tech dei veicoli spaziali richiede allo stesso tempo di provvedere alla loro riparazione orbitale.
Ma torniamo al tema lunare. Alla fine di gennaio, quando i piani per uno studio completo della Luna con la prospettiva di dispiegare lì una base abitata, il capo della società spaziale nazionale Energia, Vitaly Lopota, ha parlato della possibilità di un volo sulla Luna dal punto di vista dei veicoli di lancio.
L'invio di spedizioni sulla Luna è impossibile senza la creazione di veicoli di lancio super pesanti con una capacità di carico utile di 74-140 tonnellate, mentre il più potente razzo russo Proton mette in orbita 23 tonnellate. "Per volare sulla Luna e tornare indietro, è necessario un lancio a due lanci: due razzi con una capacità di carico di 75 tonnellate, un volo a lancio singolo sulla Luna e ritorno senza atterraggio è di 130-140 tonnellate. Se prendiamo un razzo da 75 tonnellate come base, una missione pratica sulla Luna con atterraggio è uno schema di otto lanci. Se il razzo ha una capacità di carico inferiore a 75 tonnellate, come suggeriscono - 25-30 tonnellate, allora lo sviluppo anche della Luna diventa assurdo ", ha detto Lopota, parlando alle Royal Readings presso l'Università tecnica statale di Mosca Bauman.
Denis Lyskov, segretario di Stato, vice capo di Roscosmos, ha parlato della necessità di avere un vettore pesante a metà maggio. Ha affermato che attualmente Roskosmos, insieme all'Accademia delle scienze russa, sta preparando un programma di esplorazione spaziale, che diventerà parte integrante del prossimo programma spaziale federale della Russia per il 2016-2025. “Per parlare davvero di un volo sulla luna, abbiamo bisogno di un vettore di classe super pesante con una capacità di carico di circa 80 tonnellate. Ora questo progetto è in fase di sviluppo, nel prossimo futuro prepareremo i documenti necessari per presentarli al governo , ha sottolineato Lyskov.
Ad oggi, il più grande razzo russo in funzione è il Proton, con un carico utile di 23 tonnellate in orbita bassa e 3,7 tonnellate in orbita geostazionaria. La Russia sta attualmente sviluppando la famiglia di missili Angara con una capacità di carico utile da 1,5 a 35 tonnellate. Sfortunatamente, la creazione di questa tecnologia si è trasformata in una vera costruzione a lungo termine e il primo lancio è stato rinviato di molti anni, anche a causa di disaccordi con il Kazakistan. Ora si prevede che "Angara" volerà all'inizio dell'estate dal cosmodromo di Plesetsk in una configurazione leggera. Secondo il capo di Roscosmos, ci sono piani per creare una versione pesante dell'Angara, in grado di lanciare un carico utile di 25 tonnellate in orbita bassa.
Ma tali indicatori, come vediamo, sono tutt'altro che sufficienti per l'attuazione del programma di voli interplanetari e di esplorazione dello spazio profondo. Al Royal Readings, il capo di Roscosmos, Oleg Ostapenko, ha affermato che il governo stava preparando una proposta per sviluppare un razzo super pesante in grado di lanciare in orbita bassa carichi di oltre 160 tonnellate. “Questa è una vera sfida. In termini di e cifre più elevate, - ha detto Ostapenko.
È difficile dire quanto presto questi piani diventeranno realtà. Tuttavia, l'industria missilistica nazionale ha una certa riserva per la creazione di trasporti spaziali pesanti. Alla fine degli anni '80, è stato possibile creare un veicolo di lancio pesante a propellente liquido Energia, in grado di lanciare un carico utile fino a 120 tonnellate in orbita bassa. Se parliamo della completa rianimazione di questo programma, non è ancora necessario, quindi ci sono sicuramente bozze di progetti di un vettore pesante basato su Energia.
La parte principale di Energia può essere utilizzata sul nuovo razzo: l'RD-0120 LPRE funzionante con successo. In realtà, il progetto di un razzo pesante che utilizza questi motori esiste presso il Khrunichev Space Center, che è l'organizzazione principale per la produzione del nostro unico veicolo di lancio pesante, Proton.
Stiamo parlando del sistema di trasporto Yenisei-5, il cui sviluppo è iniziato nel 2008. Si presume che il razzo con una lunghezza di 75 metri sarà dotato del primo stadio con tre ossigeno-idrogeno LPRE RD-0120, la cui produzione è stata lanciata dal Voronezh Design Bureau of Chemical Automation nel 1976. Secondo gli specialisti del Centro Khrunichev, non sarà difficile ripristinare questo programma e in futuro sarà possibile riutilizzare questi motori.
Tuttavia, oltre agli ovvi vantaggi, lo Yenisei ha uno svantaggio significativo, francamente, oggi inevitabile: le dimensioni. Il fatto è che secondo i piani, il carico principale dei futuri lanci ricadrà sul cosmodromo di Vostochny in costruzione in Estremo Oriente. In ogni caso, i vettori promettenti pesanti e super pesanti dovrebbero essere inviati nello spazio da lì.
Il diametro del primo stadio del razzo Yenisei-5 è di 4,1 metri e non ne consente il trasporto su rotaia, almeno senza un significativo ammodernamento volumetrico e molto costoso dell'infrastruttura stradale. A causa di problemi con il trasporto, un tempo era necessario imporre restrizioni sul diametro degli stadi principali del razzo Rus-M, che è rimasto sui tavoli da disegno.
Oltre al Khrunichev Space Center, anche l'Energia Rocket and Space Corporation (RSC) è stata coinvolta nello sviluppo di un vettore pesante. Nel 2007, hanno proposto un progetto di un veicolo di lancio che utilizza, in parte, il layout del razzo Energia. Solo il carico utile nel nuovo razzo è stato posizionato nella parte superiore e non nel contenitore laterale, come nel suo predecessore.
Vantaggio e fattibilità
Gli americani, ovviamente, per noi non sono un decreto, ma il loro trasporto pesante, il cui sviluppo è già entrato in dirittura d'arrivo, implica un parziale riutilizzo. Questa estate, la società privata SpaceX prevede di lanciare il primo lancio del nuovo Falcon Heavy, il più grande razzo lanciato dal 1973. Cioè, dai tempi del programma lunare americano con i lanci del gigantesco vettore Saturn-5, creato dal padre dei veicoli di lancio americani, Wernher von Braun. Ma se quel razzo era destinato esclusivamente alla consegna di spedizioni sulla Luna ed era usa e getta, allora quello nuovo può già essere utilizzato per le spedizioni marziane. Inoltre, è previsto il ritorno alle fasi di sostegno della Terra come il razzo Falcon 9 v1.1 (R - Riutilizzabile, riutilizzabile).
Le navette spaziali sono di nuovo richieste
Il primo stadio di questo razzo è dotato di montanti di atterraggio utilizzati per stabilizzare il razzo e per un atterraggio morbido. Dopo la separazione, il primo stadio decelera accendendo brevemente tre dei nove motori per garantire l'ingresso nell'atmosfera a una velocità accettabile. Già vicino alla superficie, il motore centrale è acceso e il palco è pronto per un atterraggio morbido.
La massa del carico utile che il razzo Falcon Heavy può sollevare è di 52.616 chilogrammi, che è circa il doppio di quella che possono sollevare altri razzi pesanti: l'americano Delta IV Heavy, l'europeo Ariane e il cinese Long March.
La riutilizzabilità, ovviamente, è vantaggiosa nel caso di lavori spaziali ad alta frequenza. Gli studi hanno dimostrato che l'uso di complessi usa e getta è più redditizio di un sistema di trasporto riutilizzabile in programmi con un tasso non superiore a cinque lanci all'anno, a condizione che l'alienazione del terreno per i campi autunnali delle parti separate sia temporanea e non permanente, con la possibilità di evacuare la popolazione, il bestiame e le attrezzature dalle aree pericolose. …
Questa riserva è dovuta al fatto che il costo dell'acquisizione del terreno non è mai stato preso in considerazione nei calcoli, perché fino a poco tempo le perdite con il rifiuto o anche con l'evacuazione temporanea non sono mai state compensate e rimangono difficili da calcolare. E costituiscono una parte significativa del costo dei sistemi missilistici operativi. Con una scala di programmi di oltre 75 lanci in 15 anni, i sistemi riutilizzabili hanno il vantaggio e l'effetto economico del loro utilizzo aumenta con il numero.
Inoltre, il passaggio dai veicoli usa e getta per il lancio di carichi pesanti a quelli riutilizzabili porta a una significativa riduzione della produzione di attrezzature. Quindi, quando vengono utilizzati due sistemi alternativi in un programma spaziale, il numero richiesto di blocchi viene ridotto da quattro a cinque volte, il numero di corpi di blocchi centrali - di 50, motori a liquido per il secondo stadio - di nove volte. Pertanto, i risparmi derivanti da volumi di produzione ridotti quando si utilizza un veicolo di lancio riutilizzabile sono all'incirca uguali al costo di costruzione di uno.
Tornato in Unione Sovietica, sono stati effettuati calcoli dei costi di manutenzione post-volo e lavori di riparazione e ripristino dei sistemi riutilizzabili. Abbiamo utilizzato i dati reali disponibili ottenuti dagli sviluppatori a seguito di test al banco e in volo, nonché il funzionamento della cellula del veicolo spaziale orbitale Buran con un rivestimento schermante il calore, velivoli a lungo raggio, motori liquidi multiuso del tipo RD-170 e RD-0120. Secondo i risultati della ricerca, i costi di manutenzione e riparazione post-volo sono inferiori al 30% dei costi di produzione di nuove unità missilistiche.
Stranamente, l'idea della riutilizzabilità si è manifestata negli anni '20 in Germania, schiacciata dal Trattato di Versailles, che univa la comunità tecnica europea, attanagliata da una febbre missilistica. Nel Terzo Reich nel 1932-1942, sotto la guida di Eigen Zenger, fu sviluppato con successo un progetto di bombardieri missilistici. Doveva creare un aereo che, utilizzando un carrello di lancio su rotaia, accelerasse ad alta velocità, quindi accendesse il proprio motore a razzo, emergesse dall'atmosfera, da dove rimbalzasse attraverso gli strati densi dell'atmosfera e raggiungesse un lungo raggio. Il dispositivo doveva partire dall'Europa occidentale e atterrare sul territorio del Giappone, doveva bombardare il territorio degli Stati Uniti. Gli ultimi rapporti di questo progetto furono interrotti nel 1944.
Negli anni '50 negli Stati Uniti, ha dato impulso allo sviluppo di un progetto di aeroplano spaziale che ha preceduto l'aereo a razzo Dyna-Sor. In Unione Sovietica, le proposte per lo sviluppo di tali sistemi furono prese in considerazione da Yakovlev, Mikoyan e Myasishchev nel 1947, ma non furono sviluppate a causa di una serie di difficoltà associate all'implementazione tecnica.
Con il rapido sviluppo della missilistica tra la fine degli anni '40 e l'inizio degli anni '50, la necessità di completare il lavoro su un bombardiere con equipaggio è scomparsa. Nell'industria missilistica si formò una direzione di missili da crociera di tipo balistico, che, in base al concetto generale del loro uso, trovarono il loro posto nel sistema di difesa generale dell'URSS.
Ma negli Stati Uniti, il lavoro di ricerca su un aereo missilistico è stato sostenuto dai militari. A quel tempo, si riteneva che gli aerei convenzionali o gli aerei a proiettile con motori a getto d'aria fossero il mezzo migliore per caricare il territorio nemico. Sono nati i progetti per il programma missilistico planante Navajo. Bell Aircraft ha continuato a ricercare l'aereo spaziale per usarlo non come bombardiere, ma come veicolo da ricognizione. Nel 1960 fu firmato un contratto con Boeing per lo sviluppo del razzo da ricognizione suborbitale Daina-Sor, che avrebbe dovuto essere lanciato con il razzo Titan-3.
Tuttavia, l'URSS è tornata all'idea dell'aereo spaziale nei primi anni '60 e ha avviato il lavoro presso il Mikoyan Design Bureau su due progetti di veicoli suborbitali contemporaneamente. Il primo prevedeva un aereo di richiamo, il secondo un razzo Soyuz con un piano orbitale. Il sistema aerospaziale a due stadi era chiamato Spiral o Project 50/50.
Il razzo orbitale è stato lanciato dal retro di un potente aereo da trasporto Tu-95K ad alta quota. L'aereo a razzo "Spiral" su motori a razzo a propellente liquido ha raggiunto l'orbita vicina alla Terra, ha eseguito il lavoro pianificato lì ed è tornato sulla Terra, planando nell'atmosfera. Le funzioni di questo compatto aeroplano spaziale volante erano molto più ampie del semplice lavoro in orbita. Un modello in scala reale di un aereo a razzo ha effettuato diversi voli nell'atmosfera.
Il progetto sovietico prevedeva la creazione di un apparato del peso di oltre 10 tonnellate con console ad ala pieghevole. Una versione sperimentale del dispositivo nel 1965 era pronta per il primo volo come analogo subsonico. Per risolvere i problemi degli effetti termici sulla struttura in volo e della controllabilità del veicolo a velocità subsoniche e supersoniche, furono costruiti modelli volanti, che furono chiamati "Bor". I loro test sono stati effettuati nel 1969-1973. Uno studio approfondito dei risultati ottenuti ha portato alla necessità di creare due modelli: "Bor-4" e "Bor-5". Tuttavia, il ritmo accelerato del lavoro sul programma Space Shuttle e, soprattutto, gli indiscutibili successi degli americani in quest'area, hanno richiesto adeguamenti ai piani sovietici.
In generale, la tecnologia aerospaziale riutilizzabile per gli sviluppatori domestici non è affatto qualcosa di nuovo e sconosciuto. Tenendo conto dell'accelerazione dei programmi per costruire sistemi satellitari, comunicazioni interplanetarie ed esplorazione dello spazio profondo, possiamo parlare con sicurezza della necessità di creare veicoli di lancio riutilizzabili con precisione, compresi i veicoli di lancio pesanti.
Nel complesso, i piani per lo sviluppo di un missile pesante russo sono piuttosto ottimisti. A metà maggio, Oleg Ostapenko ha chiarito che il programma spaziale federale per il 2016-2025 prevederà ancora la progettazione di un veicolo di lancio super pesante con una capacità di carico utile di 70-80 tonnellate. “L'FKP non è ancora stato approvato, si sta formando. Lo pubblicheremo nel prossimo futuro , sottolinea il capo di Roscosmos.
